JP6250099B2 - Ｐｆａライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物 - Google Patents

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本特許出願は、２０１５年６月１２日付けで台湾に出願した特許出願番号１０４１１９１４４、２０１５年９月２１日付けで台湾に出願した特許出願番号１０４１３１１９７、２０１５年６月１２日付けで中華人民共和国に出願した特許出願番号２０１５１０３２３４７８．２、２０１５年９月２１日付けで中華人民共和国に出願した特許出願番号２０１５１０６０２４５５．５に対して米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ.§１１９（ａ））によって優先権を主張し、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。

本開示は、製造コストを低減し、８０ミリメートル（ｍｍ）を超える、吸込流路内径とも呼ばれる吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラ外径とも呼ばれるインペラサイズを有する大きなポンプケース上のライナーの歩留まりを向上させ、および摂氏２００度（℃）に近い動作温度でのポンプの構造信頼性を向上させる、ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）ライナーを用いたポンプケーシング構造改良物に関する。より具体的には、本開示は、製造プロセス中のＰＦＡライナーにおける引張応力を低減するとともに、製造プロセス後のＰＦＡライナーにおける残留応力を低減するＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物に関し、そのため、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの歩留まりが増加する。

ＰＦＡライナーを用いた従来の金属ポンプケーシングは、化学的処理に幅広く用いられている。構造デザインにおいて、そのポンプは、固定軸または回転軸のいずれかを含む。固定軸の支持方法は、両持ち支持構造または片持ち支持構造を含む。両持ち支持構造または片持ち支持構造において、プラスチックで形成されている吸込流路内に設けられた三角形の前方支持体および格納シェルにおける後方軸支持体はそれぞれ、固定軸の前端および後端を支持するために用いられている。動作温度が上昇し、そのため三角形の前方支持体の強度およびブランク後方支持体の強度が低下し、それによって固定軸が曲がってずれた場合にプラスチックの強度が低下する。さらに、大型ポンプ用のＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングには、製造コストおよび歩留まりに関するいくつかの問題がある。製造プロセスにおいて、金属ポンプケーシングが型内に固定された後、ＰＦＡがその型に導入されて、その金属ポンプケーシングと結合して単一のユニットになり、この場合、その金属ポンプケーシングは通常複数のあり溝を含むため、そのあり溝によってそのＰＦＡライナーを金属ポンプケーシングに堅固に固定することができる。

金属ポンプケーシングの内側面にＰＦＡライナーを形成するための三つの従来の方法として、トランスファー成形、ロトライニングおよび射出成形がある。トランスファー成形プロセスでは、プラスチック（ＰＦＡ）が予熱チャンバに装填されて加熱され、その予熱チャンバから流路を通って型内に導入された後、型内で固体構造になるまで冷却される。トランスファー成形プロセスの製造サイクルには８〜１２時間を要するため、工場ではいくつかの型のセットを用意して、一日当たりの生産高を増加させている。しかし、それでも製造サイクル当たりの製造時間が長いことから、トランスファー成形の高い製造コストを克服することができない。ロトライニングプロセスでは、ＰＦＡ粉末が、閉じられた金属ケーシングの内側面に散布される。しかし、型を用いることなくライナーの厚さを正確に制御することができず、またライナーの低い密度が高い透過性を可能にする。さらに、金属ケーシングの内側面のライナーは遠心力によって形成されるため、ポンプの中心に設けられた前方支持体をケーシングのライナーと一体形成することができない。さらに、ライナーを遠心ポンプの非対称渦巻流路上に形成することができない。射出成形プロセスでは、製造速度はライナーを形成する他の方法よりも速く、製造サイクルは通常１０分にすることができる。しかし、大きなポンプケーシングのライナー、具体的には８０ｍｍを超える吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラサイズを有する大きなポンプケースのライナーに対して、射出成形プロセスによって製造することは不適切である。さらに、吸込み流路の方向と排出流路の方向が互いに垂直になっている遠心ポンプのライナーは、軸方向の縮み応力の相互作用による残留応力および成形プロセス中の径方向の縮み応力を生じさせるであろう。このような残留応力は、ライナーに亀裂を生じさせて、ポンプの不具合をもたらす。加えて、ライナーにおける残留応力を高温下でおよび／または高い腐食環境中で解放することができ、その結果、亀裂がライナー中に生成される。そのため、射出成形によって製造されたライナーを有するポンプは、２００℃に近い温度で化学物質を輸送するのに適していない。

以下の従来の技術は、ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングにおける軸支持構造およびＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングの製造に関する問題および潜在的な問題についてさらに説明している。
（ドキュメント１）

ドキュメント１は、ＷＯＲＬＤ ＰＵＭＰＳで２００１年１０月に発行されている“Ｔｈｅ ｓｅｃｒｅｔ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ： ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｃｏｒｒｏｓｉｖｅ ｐｕｍｐｉｎｇ”である。ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングの製造問題に関するドキュメント１は、トランスファー成形によってライナーを製造するにはライナーの材料を加熱することとそのライナーをゆっくり冷却することとを要することを指摘している。さらに、ドキュメント１は、ＦＴＦＥ材料はトランスファー成形によってライナーを製造するのに適していないことも指摘している。ドキュメント１は、ロトライニングによるライナーの製造は、このプロセスが加圧下で行われず、型を用いずに行われるため、ライナーの厚さ、密度および平坦性の制御にいくつかの困難な点があることも指摘している。さらに、ドキュメント１は、射出成形によるライナーの製造は、成形プロセス中の収縮および残留応力により、大きなポンプケーシングを製造するのに適していないことを指摘している。
（ドキュメント２）

ドキュメント２は、２０１４年にアメリカの会社である、ＩＴＴ Ｇｏｕｌｄｓ Ｐｕｍｐｓによって発行された３２９８シリーズ製品のカタログ（ｗｗｗ．ｉｔｔ．ｃｏｍ）である。ＥＴＦＥライナーを用いた金属ポンプケーシングに関するドキュメント２は、ＥＴＦＥライナーがロトライニングによって製造されることを指摘している。そのカタログの図面は、そのケーシングが、一体形成されている吸込フランジと、吸込流路と、ケーシング流路と、排出流路とを含んでいることを示している。そのケーシングは、その吸込流路内に独立して設置されている軸支持体をさらに含んでいる。さらに、そのガイドブックに図示されているように、ケーシング内のケーシング流路はその遠心ポンプのケーシングにおける渦巻きの領域変動という特徴を示していない。
（ドキュメント３）

ドキュメント３は、２０１０年にアメリカの会社である、ＩＮＮＯＭＡＧによって発行されたＵ−ｍａｇシリーズ製品のガイドブック（ｗｗｗ．ｉｎｎｏｍａｇ．ｃｏｍ）である。ＥＴＦＥまたはＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングに関するドキュメント３は、ＥＴＦＥライナーが、ロトライニングによって製造されることを指摘している。その軸支持体は、片持ち支持構造として、後方軸座にある。そのガイドブックの図面に図示されているように、ケーシングのケーシング流路は遠心ポンプのケーシングにおける渦巻きの領域変動という特徴を示しておらず、またそのポンプのケーシングは軸支持体を有していない。
（ケース１）

ケース１は、１９８８年に発行された米国特許第４７２２６６４号の裏地が付いた耐食ポンプである。ケース１は、フルオロカーボンポリマーで形成されたライナーを用いたポンプケーシングが、腐食性液体を輸送するのに適していることを指摘している。ＰＦＡの材料特性はＰＴＦＥと同様であり、従来の溶解処理法によって処理することができる。ＰＦＡで形成されたポンプ構成要素は、１５０℃以上の温度で作動することができる。しかし、フルオロカーボンポリマーで形成されたライナーには、成形プロセス中に生じた残留応力とＰＦＡライナーと金属ケーシングとの間の熱膨張係数の差である２つの応力源があり、ＰＦＡライナーは、より高い熱膨張係数を有している。この場合、成形後のライナーの収縮によって生じる亀裂に関する解決策が記載されている。その解決策は、ライナーに亀裂を生じさせるライナーの収縮を制御するために、フルオロカーボンポリマーが溝およびメッシュ内に組み込まれるということである。しかし、この場合の形状構成は、本出願人であるＤｕｒｉｒｏｎ ｃｏｍｐａｎｙによって製造されたＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングには用いられない。その結果、この場合にライナーを固定するために用いられる溝およびメッシュが非常に高価であり、またその結果が、ライナーがあり溝によって固定される従来の方法と同様であるため、この場合に固定するために用いられるそれらの溝およびメッシュは商品化されないことは明らかである。さらに、８０ミリメートル（ｍｍ）を超える吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラサイズを有する大きなポンプケーシングのライナーの製造に射出成形を用いることができるか否かについて、この場合には言及されていない。この場合も、射出成形によって生じるライナー内の残留応力に関する問題の解決策は記載されていない。
（ケース２）

ケース２は、２００２年に発行された中国特許第２４８２５９７号の磁気駆動耐食フッ素プラスチックライナーポンプである。磁気駆動ポンプのＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングに関するケース２は、ＰＦＡライナーの構造と、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングが耐食性液体を輸送するのに適していることとを開示している。その軸支持体と吸込みフランジは一体形成され、また軸支持体および吸込みフランジはそのポンプケーシングから取り外すことができる。軸支持体と吸込みフランジは別々のワークピースであるが、吸込み流路は取外し可能なワークピースには含まれていない。そのため、ライナーによって覆われたポンプケーシングの内側面の面積は依然として大きく、吸込み流路と渦巻き流路との間の領域を覆うライナーにおける引張応力はなくならない。さらに、軸支持体の剛性は補強材料によって強化されず、またこの場合、２００℃で作動するポンプ構造の信頼性は開示されていない。
（ケース３）

ケース３は、１９９９年に発行された米国特許第５８９５２０３号の分離可能で多くの部分に分かれたインペラアセンブリを有する遠心ポンプである。磁気駆動ポンプのプラスチックライナーを用いた金属ポンプケーシングに関するケース３は、三角形の前方軸支持体は取外し可能なワークピースであるが、ポンプケーシングは依然として、吸込みフランジと、吸込み流路と、ケーシング流路と、排出フランジとを含んでいることを開示している。軸支持体とポンプケーシングとの接続面は、この場合に、直接接続された高い剛性を有する何らかの金属または補強材料を要することなくプラスチックによって覆われている。さらに、この場合、２００℃で作動するポンプ構造の信頼性は開示されていない。
（ケース４）

ケース４は、２０１３年に発行された欧州特許第２５８９８１１号の磁気駆動ポンプである。ケース４において、その発明者は、高温で作動するＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングにおける軸支持体の構造改良物を開示している。そのプラスチックの剛性は、その作動温度が上昇し、それに伴ってプラスチック軸支持体の剛性が低下した場合に低下し、そのため、高温で作動する軸支持体の高剛性要件を満たすように、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングと一体形成されているＰＦＡライナーを用いた金属軸支持体が設けられる。この場合の金属軸支持体は、プラスチック軸支持体の剛性が、高い作動温度で低下するという問題を解決するが、ポンプケーシングと一体形成されている金属軸支持体はそのポンプケーシングを隔離するように完全に密閉されたＰＦＡライナーによって覆われる必要があり、腐食性化学薬品による金属軸支持体および金属ポンプケーシングに対する腐食を回避している。さらに、吸込み流路の方向と、渦巻き流路または排出流路の方向は、成形プロセス中の収縮によってもたらされる軸方向の収縮張力と径方向の収縮張力との相互作用によって生じる残留応力がスラストリングシートの領域に集中するように、互いに垂直になっている。この現象は、特に、大きなサイズのポンプケーシングにおいて明らかである。また、スラストリングシートの領域でのより深刻な応力集中を引き起こす軸支持体を覆うライナーに残った収縮応力も存在する。この場合、小さなポンプケーシングの場合には、成形および正しい熱処理の後にライナーの応力集中領域に発生する亀裂はないが、特に３インチ×２インチ×８インチ（８０ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍ）を超えるポンプサイズの場合のポンプケーシングライナーの降伏強度が低下する大きなポンプケーシングのライナーに現れる亀裂は存在する。大きなポンプケーシングにおいて、面積比、すなわちポンプケーシング上のライナー領域全体と比較した渦巻き流路上のライナー面積は、より大きくなる。そのため、軸方向の収縮張力と径方向の収縮張力との相互作用によって生じた残留応力が大幅に増加して、吸込み領域のスラストリングシートに集中する。そのため、大きなポンプケーシングの内側面を覆っているライナーの降伏強度は、たとえ成形後に正しい熱処理がライナーに施されても低下する。

図１Ａを参照すると、従来技術において、ポンプケーシング４は、単一のワークピースであり、一般にＰＦＡライナーを用いたステンレス鋼または鋳鉄で構成されている。ＰＦＡライナーは、ポンプケーシング４の内側面を覆っている。ポンプケーシング４は、吸込みフランジ４１１と、吸込み流路４１２と、軸支持体４１３と、渦巻き流路４２３と、排出流路４２２と、排出フランジ４２１と、渦巻きＰＦＡライナー４２４とを含む。ＰＦＡライナー４２４を固定するために、複数のあり溝４７が、吸込み流路４１２の内側面と渦巻き流路４２３の内側面とに設けられている。渦巻きＰＦＡライナー４２４は、ポンプケーシング４の金属部分を腐食性液体から隔離するためにすべて一体形成されている吸込みフランジ隆起面４１４ａと、吸込み流路ライナー４１４ｂと、軸支持体ライナー４１４ｃと、排出フランジ隆起面４２４ａと、排出流路ライナー４２４ｂと、渦巻き流路ライナー４２４ｃとを含む。スラストリング４６は、ポンプが作動しているときに、インペラ（図示せず）によって生成された軸方向のスラスト力に耐えるように、ポンプケーシング４の内側面に設けられたスラストリングシート４６１上に設置されている。

ＰＦＡライナーが射出成形によって製造される場合、ポンプケーシングの内側面を覆っているライナーの収縮は、成形プロセス中にポンプケーシングの複雑な構造によって抑制される。具体的には、スラストリングシート４６１を覆っているＰＦＡライナーは軸方向の収縮応力Ｆａと、径方向の収縮応力Ｆｂと、収縮応力Ｆｃとによって引っ張られ、スラストリングシート４６１を覆っているＰＦＡライナー上に亀裂が生じる。そのため、この場合、ＰＦＡライナーを用いた大きなポンプケーシングの歩留まりは、ＰＦＡライナーにおける大きな残留応力により低下する。

図１Ｂを参照すると、ポンプケーシングの渦巻きＰＦＡライナーがトランスファー成形によって製造される場合、トランスファー成形プロセスのサイクルには８〜１２時間かかる。そのため、トランスファー成形によってＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングを製造することは経済的ではない。ＰＦＡライナーがロトライニングによって製造される場合、軸支持体４１４ｃと、漸増的流路面積を有する渦巻き流路ライナー４２４ｃは、軸支持体４１４ｃの内側面と渦巻き流路ライナー４２４ｃを覆っているＰＦＡ粉末が遠心力によって駆動されるため、正しい厚さで形成するのが難しい。特に、渦巻き舌部４２４ｄはロトライニングによって製造することができず、渦巻きＰＦＡライナー４２４の厚さおよび平坦性は制御するのが困難である。

上述したドキュメント、ケースおよび図面によれば、金属ポンプケーシングのＰＦＡライナーの製造には、以下の課題がある。
（課題１）

トランスファー成形による金属ポンプケーシングのＰＦＡライナーの製造には高い製造コストがかかり、製造サイクル当たりに長い時間がかかる。
（課題２）

ロトライニングによる金属ポンプケーシングのＰＦＡライナーの製造の場合、渦巻きケーシングの形状およびポンプケーシングと一体形成される軸支持体の表面とを形成することができない。
（課題３）

ロトライニングによって製造された金属ポンプケーシングの内側面を覆っているＰＦＡライナーは密度が低く、そのＰＦＡライナーの厚さを正確に制御することが難しい。
（課題４）

射出成形は、ＰＦＡライナーに残った残留応力により、大きなポンプケーシングのＰＦＡライナーを製造するのには適していない。
（課題５）

ＰＦＡライナーに残った残留応力が増加するため、射出成形は金属ポンプケーシングと一体形成された軸支持体を有する金属ポンプケーシングのＰＦＡライナーを製造するのには適しておらず、その結果、射出成形は大きなポンプケーシングのＰＦＡライナーを製造するのにも適していない。

金属ポンプケーシングのＰＦＡライナーの製造において、トランスファー成形には高い製造コストがかかり、且つ製造サイクル当たりに長い時間がかかり、ロトライニングは渦巻きケーシングの内側面およびポンプケーシングと一体形成されている軸支持体の表面を形成することができず、またＰＦＡライナーの厚さを正確に制御することが難しい。上述した課題４および課題５等の射出成形によってＰＦＡライナーを製造することに関する課題を解決することが以下に記載されている。

本開示には、特に従来の射出成形法に適しているポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）ライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物が記載されている。その構造改良物は、特にＰＦＡライナーを用いた軸支持体と一体形成されている金属ポンプケーシングに関し、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングは２００℃に近い温度で作動するのに適している。ＰＦＡ材料は高い耐食性を有するが、成形プロセス中の収縮係数が高いことを特徴としている。金属構成要素が組込まれているポンプケーシングを覆っているＰＦＡライナーが射出成形によって製造される場合、ＰＦＡライナー、特に８０ミリメートル（ｍｍ）を超える吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラサイズを有する大きなポンプケーシングのＰＦＡライナーにおける大きな残留応力に関する問題を解決する必要がある。遠心ポンプのポンプケーシングにおいて、吸込み流路の方向と、渦巻き流路または排出流路の方向は、成形プロセス中の収縮によってもたらされる軸方向の収縮張力と径方向の収縮張力との相互作用によって生じる残留応力がＰＦＡライナーに残って、吸込み領域のスラストリングシートに集中するように、互いに垂直になっている。また、スラストリングシート上へのより深刻な応力集中を引き起こす軸支持体ライナー内に残っている収縮応力も存在する。さらに、面積比、すなわちポンプケーシング上の全ＰＦＡライナー領域と比較した渦巻き流路上のＰＦＡライナー面積は、軸方向の収縮応力と径方向の収縮応力との相互作用によって生じた残留応力が大幅に増加して、吸込み領域のスラストリングシートに集中するように増加する。この開示において、ポンプケーシングは、スラストリングシートが設けられている境界ラインに沿って、２つの隔離されたワークピース、すなわち吸込みケーシングおよび渦巻きケーシングに分けられ、スラストリングシートは、吸込みケーシングと渦巻きケーシングが互いに組み付けられたときに、吸込みケーシングの軸方向のスラスト面と渦巻きケーシングの径方向の固定面とを合わせて形成される。金属によって形成されている軸支持体と吸込みケーシングは一体形成され、吸込みケーシングの金属取付面および渦巻きケーシングの金属取付面は直接的に接触されて、ねじで互いに固定され、その結果、吸込みケーシングシーリング面が渦巻きケーシングシーリング面に押し付けられて、ポンプケーシングが密閉される。さらに、吸込みケーシングに接続され、および渦巻きケーシング内に延びている軸支持体は、高い構造的剛性を有している。

具体的には、吸込みケーシングは、吸込みフランジと、吸込み流路と、軸支持体と、吸込みＰＦＡライナーとを含む。吸込みフランジは、インレットパイプラインの装填を担っている。吸込み流路内の真空状況に耐えるために、吸込みＰＦＡライナーをクランプするように、複数のあり溝が吸込み流路の内側面に設けられている。吸込みＰＦＡライナーは、吸込みフランジ隆起面と、吸込みケーシングシーリング面と、吸込み流路を覆う吸込み流路ライナーと、軸支持体を覆う軸支持体ライナーとを含む。高い耐食性を有する吸込みＰＦＡライナーは、吸込みケーシングの金属部分を耐食性の液体から隔離するのに用いられている。渦巻きケーシングは、渦巻き流路と、排出流路と、排出フランジと、渦巻きＰＦＡライナーとを含む。渦巻き流路は、インペラを収容し、および液体を集めるのに適しており、それにより、インペラが排出流路を介して液体を排出するように作用する。排出フランジは、アウトレットパイプラインの装填を担っている。渦巻き流路内の真空状況に耐えるために、吸込みＰＦＡライナーをクランプするように、複数のあり溝が渦巻き流路の内側面に設けられている。渦巻きＰＦＡライナーは、排出フランジ隆起面と、排出流路ライナーと、渦巻き流路ライナーと、渦巻き舌部と、渦巻きケーシングシーリング面とを含む。高い耐食性を有する渦巻きＰＦＡライナーは、渦巻きケーシングの金属部分を耐食性の液体から隔離するのに用いられている。吸込みＰＦＡライナーと渦巻きＰＦＡライナーがそれぞれ射出成形によって成形された後、吸込みケーシングと渦巻きケーシングは、ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングを形成するように組み付けられて、ねじで固定される。

以下は、本開示の効果である。

第一に、面積比の問題を解決するために、ポンプケーシングは、吸込みＰＦＡライナーを用いた吸込みケーシングと渦巻きＰＦＡライナーを用いた渦巻きケーシングとに分けられ、そのため、より小さな面積を有する各ワークピースの場合、成形後の吸込みＰＦＡライナーおよび渦巻きＰＦＡライナーの収縮の影響を低減することができる。ポンプケーシングのＰＦＡライナーが射出成形によって製造される場合、その製造時間および製造コストが低減され、ＰＦＡライナーの厚さは成形により正確に制御され、および渦巻き流路ライナーの漸増的面積増加が、渦巻き流路の内側面に形成され、漸増的面積増加を形成することができる。

第二に、吸込みケーシング内の吸込み流路の軸方向は、渦巻きケーシング内の渦巻き流路および排出流路の径方向に垂直になっている。そのため、ポンプケーシングを２つのワークピース、すなわち吸込みケーシングと渦巻きケーシングとに分けた場合、軸方向の収縮応力Ｆａおよび収縮応力Ｆｃが吸込みＰＦＡライナーに生成され、および径方向の収縮応力Ｆｂが径方向に延びている渦巻きＰＦＡライナーに生成される。その結果、射出成形によって別々に製造される吸込みＰＦＡライナーと渦巻きＰＦＡライナーとの間には引張応力はない。

第三に、金属によって形成された軸支持体の構造剛性が維持される。

この開示におけるＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物は、８０ｍｍを超える吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラサイズを有するポンプケーシングのＰＦＡライナーを射出成形によって製造することに適用され、この開示に記載されている軸支持体は、そのポンプが２００℃に近い温度で作動される場合に、高い構造信頼性を有している。

本開示は、本願明細書において以下に示す詳細な説明と、例示としてのみ示されしたがって本開示を限定するものではない添付図面とからより良く理解できるであろう。
従来技術によるポンプケーシングを示す断面図である。 従来技術によるポンプケーシングを示す背面図である。 本開示の第１の実施形態によるポンプケーシングを示す断面図である。 本開示の第１の実施形態によるポンプケーシングを示す分解図である。 本開示の第１の実施形態による吸込みケーシングを示す概略図である。 本開示の第１の実施形態による吸込みケーシングを示す断面図である。 本開示の第１の実施形態による渦巻きケーシングを示す概略図である。 本開示の第１の実施形態による渦巻きケーシングを示す断面図である。

以下の詳細な説明においては、説明目的のため、開示されている実施形態の完全な理解を与えるために、多くの具体的な詳細が記載されている。しかし、一つ以上の実施形態をそれらの具体的な詳細を要することなく実施できることは明らかであろう。他の例では、図面を簡単にするために、周知の構造および装置は概略的に図示されている。

本開示においては、金属で形成され、およびＰＦＡライナーを有するポンプケーシングが記載されている。そのポンプケーシングは、吸込みフランジと、吸込み流路と、軸支持体と、渦巻き流路と、排出流路と、排出フランジと、ＰＦＡライナーとを含む。ポンプケーシングの内部容積は、インペラ（図示せず）を収容するためのものである。吸込みフランジはインレットパイプラインと接続するのに用いられ、排出フランジはアウトレットパイプラインと接続するのに用いられる。軸支持体は軸の一端を支持する。液体は吸込み流路からポンプケーシングに流入し、その後、モータ（図示せず）からの軸動力がインペラによって液体の流体動力に変換され、その後、液体は渦巻き流路に沿って流れて、排出流路を通ってポンプケーシングから流出する。吸込みフランジの吸込みフランジ隆起面、排出フランジの排出フランジ隆起面およびポンプケーシングのすべての濡れ側面は、ＰＦＡライナーで覆われており、またすべての金属部分は、耐食性の液体から隔離されている。

本開示の第１の実施形態には、ＰＦＡライナーを用いた、２００℃近くの温度で作動するためのポンプケーシングが記載されている。ＰＦＡ材料は、高い耐食性を有するが、成形プロセス中の収縮係数が高いことを特徴としている。金属構成要素が組込まれているＰＦＡが射出成形によって製造される場合、ＰＦＡライナー、特に、８０ミリメートル（ｍｍ）を超える吸込みサイズまたは２００ｍｍを超えるインペラサイズを有する大きなポンプケーシングのＰＦＡライナーにおける大きな残留応力に関する問題を解決する必要がある。

図２、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、本開示の第１の実施形態において、ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングにおける固定軸の支持方法は、両持ち支持構造である。ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシングの主要構成要素は、吸込みケーシング４１および渦巻きケーシング４２を含む。鋳鉄またはステンレス鋼で形成された吸込みケーシング４１は、ＰＦＡライナーによって覆われた内側面を有している。吸込みケーシング４１は、吸込みフランジ４１１と、吸込み流路４１２と、軸支持体４１３と、吸込みＰＦＡライナー４１４とを含む。複数のあり溝４７が、吸込み流路４１２の内側面に機械加工されている。吸込みフランジ隆起面４１４ａと、吸込み流路ライナー４１４ｂと、軸支持体ライナー４１４ｃと、吸込みケーシングシーリング面４１６とを含み、吸込みケーシング４１の内側面を覆っている吸込みＰＦＡライナー４１４は射出成形によって形成され、吸込みＰＦＡライナー４１４は吸込みケーシング４１を耐食性の液体から隔離するのに用いられている。鋳鉄またはステンレス鋼で形成された渦巻きケーシング４２は、ＰＦＡライナーで覆われた内側面を有している。渦巻きケーシング４２は、排出フランジ４２１と、排出流路４２２と、渦巻き流路４２３と、渦巻きＰＦＡライナー４２４とを含む。複数のあり溝４７が、渦巻き流路４２３の内側面に機械加工されている。排出フランジ隆起面４２４ａと、排出流路ライナー４２４ｂと、渦巻き流路ライナー４２４ｃと、渦巻き舌部４２４ｄと、渦巻きケーシングシーリング面４２８とを含み、渦巻きケーシング４２の内側面を覆っている渦巻きＰＦＡライナー４２４は、射出成形によって形成され、渦巻きＰＦＡライナー４２４は渦巻きケーシング４２を耐食性の液体から隔離するのに用いられている。スラストリング４６は、ポンプが作動しているときにインペラ（図示せず）によって生成された軸方向のスラスト力に耐えるように、ポンプケーシング４の内側面に設けられたスラストリングシート４６１上に設置されている。

図２および図３を参照すると、吸込みＰＦＡライナー４１４および渦巻きＰＦＡライナー４２４がそれぞれ射出成形によって、吸込みケーシング４１および渦巻きケーシング４２の内側面に形成された後、吸込みケーシング４１と渦巻きケーシング４２は、組み付けられて、吸込みケーシング４１のボルト穴４１５ｂを通って渦巻きケーシング４２のねじ穴４２６にねじ込まれるねじで固定されて、ＰＦＡライナーを用いた金属ポンプケーシング４を形成する。

図２、図４Ａ、図４Ｂおよび図５Ｂを参照すると、図４Ａは、本開示の第１の実施形態による吸込みケーシング４１を示す概略図である。吸込みフランジ４１１、吸込み流路４１２、軸支持体４１３および吸込みＰＦＡライナー４１４は、吸込みケーシング４１の前面に設けられている。吸込みフランジ４１１は、吸込みフランジ４１１に接続されたインレットパイプライン（図示せず）を固定するのに用いられるボルト穴４１５ａのセットを有している。吸込みフランジ４１１はまた、軸支持体４１３の剛性を強化するために、渦巻きケーシング４２の前端において、吸込みケーシング４１の金属取付面４１７を金属取付面４２９に固定するために用いられるボルト穴４１５ｂから成る別のセットも有し、その結果、吸込みケーシングシーリング面４１６が渦巻きケーシングシーリング面４２８に押し付けられて、ポンプケーシング４が密閉される。吸込みＰＦＡライナー４１４は、吸込みケーシング４１の金属部分を耐食性の液体から隔離するために一体形成されている吸込みフランジ隆起面４１４ａと、吸込み流路ライナー４１４ｂと、軸支持体ライナー４１４ｃと、吸込みケーシングシーリング面４１６とを含む。

図２、図４Ｂおよび図５Ｂを参照すると、軸方向のスラスト面４１６ａが、吸込みケーシング４１の後方側に設けられて、スラストリングシート４６１の軸方向面が形成されている。吸込みケーシングシーリング面４１６が軸方向のスラスト面４６１ａの外側に設けられ、吸込みケーシングシーリング面４１６が渦巻きケーシングシーリング面４２８に接続されているため、吸込みケーシング４１と渦巻きケーシング４２が渦巻きケーシングシーリング面４２８および吸込みケーシングシーリング面４１６によって密封されて、気密封止システムを形成している。吸込みＰＦＡライナー４１４の面積は従来のポンプケーシングにおけるＰＦＡライナーの１／３〜１／２であり、従来のポンプケーシングにおけるＰＦＡライナーと比較して、軸方向の収縮応力Ｆａおよび収縮応力Ｆｃのみが、第１の実施形態のＰＦＡライナーに印加される。その結果、大きなポンプケーシングにおいて射出成形によってＰＦＡライナーを製造する経済的な方法が可能となる。

図３、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、図５Ａは、渦巻き流路４２３と、排出流路４２２と、排出フランジ４２１と、渦巻きＰＦＡライナー４２４とを含む、本開示の第１の実施形態による渦巻きケーシング４２を示す概略図である。排出フランジ４２１は、排出フランジ４２１に接続されたアウトレットパイプライン（図示せず）を固定するのに用いられる複数のボルト穴４２５を有している。渦巻きケーシング４２の前端は、吸込みケーシング４１を固定するのに用いられる複数のボルト穴４２６を有している。渦巻きＰＦＡライナー４２４は、渦巻きケーシング４２の金属部分を耐食性の液体から隔離するために一体形成されている排出フランジ隆起面４２４ａ、排出流路ライナー４２４ｂ、渦巻き流路ライナー４２４ｃ、渦巻き舌部４２４ｄおよび渦巻きケーシングシーリング面４２８を含んでいる。

図２、図４Ｂおよび図５Ｂを参照すると、径方向固定面４６１ｂが渦巻きケーシング４２の前方中心穴４２７の内側面に設けられて、スラストリングシート４６１の径方向面が形成されている。吸込みケーシング４１に対向している渦巻きケーシングシーリング面４２８は径方向固定面４６１ｂに接続され、および渦巻きケーシングシーリング面４２８は吸込みケーシングシーリング面４１６に接続されているため、吸込みケーシング４１および渦巻きケーシング４２は渦巻きケーシングシーリング面４２８および吸込みケーシングシーリング面４１６によって密封されて気密封止システムを形成している。

前方中心穴４２７から判断すると、渦巻きＰＦＡライナー４２４の面積は、従来のポンプケーシングにおけるＰＦＡライナーの面積の１／２〜２／３であり、従来のポンプケーシングにおけるＰＦＡライナーと比較して、径方向の収縮応力Ｆｂのみが、第１の実施形態のＰＦＡライナーに印加される。その結果、射出成形によって大きなポンプケーシングの内側面を覆うＰＦＡライナーを製造することがより経済的であり、また、ポンプケーシングの複雑な構造によって引き起こされるポンプライナーにおける引張応力の問題が回避される。

Claims (3)

1. ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）ライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物であって、前記ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングは別々に形成される吸込みケーシングおよび渦巻きケーシングを備え、前記吸込みケーシングの吸込みＰＦＡライナーおよび前記渦巻きケーシングの渦巻きＰＦＡライナーはともに射出成形によって形成され、前記吸込みケーシングおよび前記渦巻きケーシングは、前記吸込みＰＦＡライナーと前記渦巻きＰＦＡライナーとの間の引張応力をなくすように射出成形によって別々に形成され、および射出成形によって大きな単一のポンプケーシングのライナーを製造することに関する欠陥率を低減する、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物であって、
   前記吸込みケーシングは、吸込みフランジと、軸支持体と、吸込み流路と、吸込みＰＦＡライナーとを備え、前記吸込みフランジと、前記軸支持体と、前記吸込み流路は一体形成され、
   前記渦巻きケーシングは、渦巻き流路と、排出流路と、排出フランジと、前記渦巻きＰＦＡライナーとを備え、および
   前記吸込みケーシングは、前記ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングを形成するように互いに接続された前記吸込みケーシングの金属取付面および前記渦巻きケーシングの金属取付面によって前記渦巻きケーシングに組み付けられ、前記軸支持体は、剛性を向上させるように前記吸込みフランジおよび前記吸込み流路と一体形成され、スラストリングシートが、前記吸込みケーシングおよび前記渦巻きケーシングの接続領域に形成される、ＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物。
2. 前記軸支持体および前記吸込み流路は、鋳鉄またはステンレス鋼で形成される、請求項１に記載のＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物。
3. 前記吸込みケーシングは、前記渦巻きケーシングにねじで組み付けられる、請求項１に記載のＰＦＡライナーを用いたポンプケーシングの構造改良物。

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